Путешествие в Страну элементов

С калейдоскопической быстротой меняется набор веществ, применяемых для ускорения и регулирования реакций. Платина и палладий лишились своего привилегированного положения в мире контактов (катализаторов). Выдвинулись более «демократические» элементы: ванадий, железо, никель, соединения хрома, алюминия. Но для каждой конкретной реакции приходится искать свой катализатор. Причем здесь аналогии не действуют, химически родственные вещества не могут подменять друг друга в сугубо специфичной роли контакта.

Напротив, весьма далекие по типу соединения оказываются союзниками по каталитическому воздействию на ход реакции. И это затрудняет путь к обобщениям, выводам. Едва ли не каждый элемент втайне действует как катализатор. Но найти, для какой реакции и как действует, все равно что отыскать в большом городе владельца пуговицы, валяющейся на полу автобуса.

Рано или поздно в ходе изучения этой крупнейшей научной проблемы современности должен был родиться термин «электронификация теории катализа». И он родился. Сравнительно недавно. Он означал, что рассмотрение вопросов переносится «на уровень» кристаллических решеток, атомных ядер и электронных орбит. Ну, а здесь успешно действовали физики. Встреча с ними открыла химикам глаза на одно важное и интересное обстоятельство.

«Значительная часть твердых тел и смесей, применяемых в катализе, — окислы железа, ванадия, цинка, меди, марганца, сульфиды вольфрама, молибдена, алюмосиликаты — полупроводники, о чем долгое время большинство химиков не подозревало, подобно герою известной комедии Мольера, который до весьма зрелого возраста не подозревал, что он говорит прозой», — шутливо обличал себя и своих коллег С. З. Рогинский.

«Электронификация теории катализа» идет полным ходом. Союз химиков с физиками — это сила, перед которой не устоит ни одна тайна природы, даже если она зашифрована так тщательно, как явление катализа. Открытие и обоснование строгих количественных законов, которые охватят явление катализа в целом, произведут переворот во всей промышленности, а значит, и в культурной жизни общества.

Что же даст законченная, лишенная противоречий теория катализа?

Во-первых, руководствуясь ею, химики смогут подбирать катализаторы для наивыгоднейшего течения реакций, уже известных производству. Но если сейчас, допустим, приходится прибегать к давлениям в сотни и тысячи атмосфер, к температурам в сотни градусов, чтобы процесс шел в нужном направлении и обеспечивал приемлемую производительность, то тогда те же реакции отличнейшим образом будут совершаться в нормальных условиях — без дорогостоящего оборудования, без потребления огромного количества энергии.

В общем удастся, наконец, делать то, что давным-давно умеет делать природа. Как известно, в нашем организме не создаются сверхвысокие давления, не поднимается, как правило, выше 36,6 градуса температура, а реакции идут очень сложные и достаточно быстро. Это потому, что великий химик — природа подобрала соответствующие катализаторы. Мы их называем ферментами.

Но главное — неизмеримо расширится круг доступных химических превращений. Найдут спрос вещества, от которых ныне не знают, как избавиться. Наступит пора полного химического господства над веществом. Люди позабудут само слово «отбросы». Так же как в природе существует круговорот азота, воды, во «второй природе» будет круговорот веществ, бесконечно перерабатываемых и никогда не выбрасываемых. Людям станут доступны любые месторождения. Перед ними откроет свои богатства океан. Из морской воды с помощью специально подобранных групповых и специфически действующих катализаторов химики начнут выкачивать все содержащиеся там элементы и их соединения.

А может быть, этого и не понадобится. Владея в совершенстве теорией строения вещества, имея строгие количественные характеристики различных типов химических связей, используя законы катализа, да еще призвав на помощь могучие силы ядерной бомбардировки, человек будет творить химические соединения и даже элементы. Химико-физики и физико-химики будут кроить материю уверенной рукой, созидая то, что трудно отыскать и невыгодно добывать в недрах земли.

А какие материалы появятся в результате этих вполне предвидимых и реальных достижений науки, предсказать трудно. Ведь даже то, что синтезировано в настоящее время, сильно исчерпывает человеческую фантазию.

Предсказать трудно. Но если не отмахиваться от того, что сегодня кажется фантастичным, то все удивительные достижения неорганической химии представляются лишь как предыстория к свершениям будущего.

Мы говорили о привилегированных условиях, созданных на Земле стихийными силами природы для одного элемента — углерода и его соединений. Окружающий мир всем своим великолепием демонстрирует, на что способен один лишь «кирпичик» вселенной, когда попадает в родную ему среду. Он строит. Без устали, самозабвенно, совершенствуя свое мастерство, накапливая опыт.

Но ведь «кирпичиков» больше сотни. Среди них есть близкие к углероду по своей структуре и внешним проявлениям. Ничто не мешает предположить принципиальную возможность искусственно создать условия, в которых не углерод, а другой какой-то элемент, другие какие-то соединения окажутся в соответствующих привилегированных условиях. Допустим, кремний, германий, олово или сера… Или алюминий, бор, фтор… И тогда дух захватывает от одной лишь мысли: оживет мертвый мир, мир неорганики. Быть может, это сделает человек не на Земле, а на каких-то других планетах. Быть может, таким путем станут создаваться и сами небесные тела. Наконец, не исключено, что необходимые условия для «оживления» того или иного представителя таблицы Менделеева человек обнаружит, вступив на неведомую планету вселенной, где иные, чем на Земле, атмосфера, почва, иные растения и животные.

Нет пределов человеческому дерзанию. И неорганическая химия — благодарная для дерзаний почва.

Карта Страны элементов

В строгом порядке по периодам и группам, по рядам и подгруппам расположились обитатели этой «страны». Семь периодов, десять рядов, девять групп. Колонки латинских букв — символов элементов. Золото, серебро, платина, уран, радий… Настоящий «остров сокровищ»!

Перед нами периодическая система элементов Дмитрия Ивановича Менделеева — карта великой Страны элементов.

Право называть ее картой дает та громадная роль, которую играет периодическая система в науке вообще и особенно в химии. Современная химия немыслима без нее, потому что таблица элементов — итог накопленных знаний и план на будущее, повседневное руководство к действию и компас, указывающий единственно верное направление на всем пути развития химии. Нет, только с картой можно сравнить ее. Но карта точно укажет, куда идти, и ничего не скажет, например, о характере жителей страны. Всю глубину периодической системы нельзя передать никаким сравнением. Если это и карта, то «говорящая». Она и компас и путеводитель, вместе взятые!

Подобно тому как на географической карте мы прочитаем множество имен первооткрывателей, так и в периодической системе увековечены в названиях элементов имена величайших ученых, без открытий которых немыслим прогресс современной науки. Это Пьер и Мария Кюри, Альберт Эйнштейн, Энрико Ферми и Дмитрий Менделеев. Имя великого русского ученого занимает особо почетное место в этом ряду корифеев науки. Его имя носит не только 101-й элемент, но и вся периодическая система, создателем которой он был. Именно этому человеку обязаны мы тем, что наше путешествие в Страну элементов не будет путешествием с завязанными глазами. И можно быть уверенным: периодическая система никогда не подведет нас, ибо она покоится на крепком фундаменте. В ее основании лежит открытый Менделеевым великий закон природы.

Но какая же разница между периодическим законом и периодической системой Менделеева? Та же, что и между земным шаром со всем многообразием его рельефа, флоры и фауны, с одной стороны, и отражением всего этого на глобусе, в атласе или на карте — с другой. Ясно, что глобус — очень приблизительная модель земного шара.